マイクロチャネルチップ
【課題】 複数のウェルに収容された液体同士を確実に混合させることができるマイクロチャネルチップを提供すること。
【解決手段】 本発明は、プレート１０ａを有し、プレート内部１０ａには、液体を収容する複数のウェル１１〜１３と、開口部１４と、複数のウェル１１〜１３及び開口部１４を接続するマイクロチャネル部１１ａ〜１３ａが形成され、マイクロチャネル部１１ａ〜１３ａが少なくとも１つの合流部１５及び１６を有し、合流部１５及び１６の上流側には液体を停止させるパッシブバルブ１７ａ〜１７ｄが少なくとも１つ設けられており、かつ開口部１４から各ウェル１１〜１３までに設けられたパッシブバルブ１７ａ〜１７ｄの合計数がそれぞれ同一となっている、マイクロチャネルチップ１０である。
【解決手段】 本発明は、プレート１０ａを有し、プレート内部１０ａには、液体を収容する複数のウェル１１〜１３と、開口部１４と、複数のウェル１１〜１３及び開口部１４を接続するマイクロチャネル部１１ａ〜１３ａが形成され、マイクロチャネル部１１ａ〜１３ａが少なくとも１つの合流部１５及び１６を有し、合流部１５及び１６の上流側には液体を停止させるパッシブバルブ１７ａ〜１７ｄが少なくとも１つ設けられており、かつ開口部１４から各ウェル１１〜１３までに設けられたパッシブバルブ１７ａ〜１７ｄの合計数がそれぞれ同一となっている、マイクロチャネルチップ１０である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチャネルチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のナノテクノロジーやバイオテクノロジーの分野においては、微量の液体を用いた化学反応や検査等がよく行われており、このような化学反応や検査等を的確に行うためには、化学反応や検査等に使用する液体同士を確実に混合させる技術が必要となる。
【０００３】
このような微量の液体を混合する装置として、マイクロチャネルチップが知られている。マイクロチャネルチップは一般に、プレートを有し、プレートには、液体を収容する複数のウェルと、１つの開口部と、複数のウェル及び開口部を接続するマイクロチャネルとが形成されている。またマイクロチャネルは、少なくとも１つの合流部を有し、この合流部に複数の流路が合流するようになっている。従って、開口部の圧力を低下させると、原理的には、ウェルと開口部との間に圧力差が生じ、複数のウェル内の液体がマイクロチャネルを経て開口部に導入される。ところが、マイクロチャネルチップにおいては、マイクロチャネルは閉じられた空間であり、液体同士の混合が必ずしもうまくいくとは限らない。例えば、複数の流路の合流部で当該流路を流れる液体同士を混合させようとすると、混合するタイミングによっては一の流路を流れる液体が先に合流部に流入され、他の流路内では気泡の噛み込みが発生し、最悪の場合には液体同士を混合させることができない。
【０００４】
そこで、マイクロチャネルを通る液体の流れを制御して微量の液体を所望のタイミングで混合させる受動弁ないしは液体の停止手段（以下、「パッシブバルブ」という）を用いたマイクロチャネルチップが提案されている（下記特許文献１及び２参照）。また、同様にパッシブバルブに相当する撥水バルブを設けて、圧力制御により微量の液体をタイミングよく混合させる方法、装置が開示されている（例えば下記特許文献３参照）。
【特許文献１】特表２００２−５２７２５０号公報
【特許文献２】米国特許第６６０１６１３号明細書
【特許文献３】特開２００３−１９０７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した特許文献１〜３に記載のマイクロチャネルチップは以下に示す課題を有する。
【０００６】
即ち、上記特許文献１〜３に記載のマイクロチャネルチップが特に３つ以上のウェルを有している場合、マイクロチャネルに気泡の噛込みが発生し、複数のウェルに収容された液体同士を全て混合し、開口部に導入することが困難となる。
【０００７】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数のウェルに収容された液体同士を確実に混合させることができるマイクロチャネルチップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、上記のように気泡の噛み込みを防止するためには、混合させる液体が開口部に達するまでに、同一回数のパッシブバルブを通過するように配置すればよいのではないかと考えた。そして、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、以下の発明により上記課題を解決し得ることを見出した。
【０００９】
即ち本発明のマイクロチャネルチップは、プレートを有し、プレート内部には、液体を収容する複数のウェルと、開口部と、前記複数のウェル及び前記開口部を接続するマイクロチャネルが形成され、マイクロチャネルが少なくとも１つの合流部を有し、合流部の上流側には液体を停止させるパッシブバルブが少なくとも１つ設けられており、かつ開口部から各ウェルまでに設けられたパッシブバルブの合計数がそれぞれ同一となっていることを特徴とする。ここで、本発明において用いるパッシブバルブとは、上流側と下流側の圧力差がパッシブバルブによる圧力障壁未満の場合、上流から流れてきた液体の先頭を停止させることができ、また、上流側と下流側の圧力差がパッシブバルブによる圧力障壁以上の場合、上流から流れてきた液体の先頭を通過させることができるバルブをいう。
【００１０】
このマイクロチャネルチップによれば、開口部の圧力をＰ１、各ウェルの圧力をＰ２、パッシブバルブの圧力障壁をＰ３としたとき、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
０＜（Ｐ２−Ｐ１）＜Ｐ３
を満たすような値とすると、各ウェル内に収容された液体は、マイクロチャネルに流入され、直近のパッシブバルブで停止する。そして、この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブで停止していた液体は、パッシブバルブを通過して、さらに下流のパッシブバルブで停止するか、又は合流部で他のウェルに収容されていた液体とタイミングよく合流し、さらに下流のパッシブバルブで停止する。すなわち、合流部での気泡の噛み込みを防止することができる。この状態からまた瞬間的に
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブで停止していた液体は、パッシブバルブを通過して、さらに下流のパッシブバルブで停止する。このような操作を繰り返すと、各ウェル内に収容された液体の混合物が開口部に到達する。
【００１１】
上記マイクロチャネルチップは、下記式：
Ｔｘ・Ｒｘ＝Ｔｙ・Ｒｙ
（上記式中、Ｔｘは、前記合流部から、該合流部の上流側で且つ直近に設けられた一のパッシブバルブまでの間のマイクロチャネルの体積を、Ｒｘは、合流部から、一のパッシブバルブの上流側にあるすべてのウェルまでの間のマイクロチャネルの流路抵抗を、Ｔｙは、合流部から、該合流部の上流側で且つ直近に設けられた他のパッシブバルブまでの間のマイクロチャネルの体積を、Ｒｙは、合流部から、他のパッシブバルブの上流側にあるすべてのウェルまでの間のマイクロチャネルの流路抵抗を表す。）
を満たすことが好ましい。
【００１２】
ここで、「合流部から合流部の上流側で且つ直近に設けられたパッシブバルブの上流側にあるすべてのウェルまでの間のマイクロチャネルの流路抵抗」とは、パッシブバルブの上流側に複数のウェルが存在する場合には、合流部からパッシブバルブの上流側にある各ウェルまでの間のマイクロチャネルの流路抵抗の合成抵抗をいう。ここで、流路抵抗の合成抵抗は、マイクロチャネルを導線とし、合流部を一の端子とし、当該合流部の上流側で且つ直近に設けられた一のパッシブバルブの上流側の各ウェルを共通の他の端子とした場合に求められる一の端子と他の端子との間の合成電気抵抗と同様にして求められる。
【００１３】
この場合、複数の液体を混合させる際に、より気泡の噛み込みが生じることを防止することができる。すなわち、マイクロチャネル内を流通する液体同士がよりタイミングよく合流部に到達する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数のウェルに収容された液体同士を確実に混合させることができるマイクロチャネルチップを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明に係るマイクロチャネルチップの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１６】
［第１実施形態］
まず、本発明のマイクロチャネルチップの第１実施形態について説明する。図１は、本発明のマイクロチャネルチップの第１実施形態を示す平面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態のマイクロチャネルチップ１０は、矩形平板状のプレートを有している。プレートは透光性材料で構成されており、液体を収容する複数のウェル１１，１２，１３と、開口部１４と、ウェル１１〜１３及び開口部１４を接続するマイクロチャネルとを有している。具体的には、マイクロチャネル１７は、ウェル１１と開口部１４とを接続する第１チャネル部１１ａを有しており、第１チャネル部１１ａ上には合流部１５，１６がウェル１１側から順次設けられている。またマイクロチャネル１７は、合流部１５に接続される第２チャネル部１２ａと、合流部１６に接続される第３チャネル部１３ａとを有している。言い換えると、第２チャネル部１２ａは、第１チャネル部１１ａの合流部１５に合流しており、第３チャネル部１３ａは、第１チャネル部１１ａの合流部１６に合流している。
【００１８】
ウェル１１，１２及び１３には、それぞれ液体が収容されている。またプレートには、ウェル１１，１２，１３にそれぞれ通じる通気口（図示せず）が形成されている。このため、ウェル１１〜１３内の圧力は、大気圧となっている。また、図示しないが、開口部１４は、例えばシリンジポンプにより減圧可能となっている。
【００１９】
そして、第１チャネル部１１ａの合流部１５の上流側には、パッシブバルブ１７ａが設けられ、第２チャネル部１２ａには、第１チャネル部１１ａの合流部１５の上流側にパッシブバルブ１７ｂが設けられており、合流部１５，１６間には、合流部１６側にパッシブバルブ１７ｃが設けられている。また第３チャネル部１３ａには、合流部１６側からウェル１３側に向かって順次パッシブバルブ１７ｄ，１７ｅが設けられている。パッシブバルブ１７ａ〜１７ｅは、チャネル部を経て導入される液体の先頭を停止させるものであり、液体にかかる圧力を高めることで液体の先頭を通過させるものである。
【００２０】
ここで、ウェル１１から開口部１４までの第１チャネル部１１ａ上のパッシブバルブの合計数は２であり、ウェル１２から開口部１４までの第２チャネル部１２ａ及び第１チャネル部１１ａ上のパッシブバルブの合計数は２であり、ウェル１３から開口部１４までの第３チャネル部１３ａ及び第１チャネル部１１ａ上のパッシブバルブの合計数も２である。つまり、各ウェル１１〜１３から開口部１４までのパッシブバルブの合計数は同一となっている。
【００２１】
このマイクロチャネルチップ１０によれば、開口部１４の圧力をＰ１、各ウェル１１〜１３の圧力をＰ２、パッシブバルブ１０の圧力障壁をＰ３としたとき、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
０＜（Ｐ２−Ｐ１）＜Ｐ３
を満たすような値とすると、ウェル１１内に収容された液体は、第１チャネル部１１ａに流入され、ウェル１１の直近のパッシブバルブ１７ａで停止する。このとき、ウェル１２内に収容された液体は、第２チャネル部１２ａに流入され、ウェル１２の直近のパッシブバルブ１７ｂで停止する。またウェル１３内に収容された液体は、第３チャネル部１３ａに流入され、ウェル１３の直近のパッシブバルブ１７ｅで停止する。
【００２２】
そして、この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ１７ａで停止していた液体は、パッシブバルブ１７ａを通過して合流部１５に到達する。一方、パッシブバルブ１７ｂで停止していた液体は、パッシブバルブ１７ｂを通過して合流部１５に到達する。この場合には、異なるウェル１１，１２内に収容された液体同士がタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ１７ｃで停止する。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。なお、このとき、パッシブバルブ１７ｅで停止していた液体は、パッシブバルブ１７ｅを通過してパッシブバルブ１７ｄで停止する。
【００２３】
この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ１７ｃで停止している液体は、パッシブバルブ１７ｃを通過して合流部１６に到達する。一方、パッシブバルブ１７ｄで停止していた液体は、パッシブバルブ１７ｄを通過して合流部１６に到達する。この場合には、異なるウェル１１，１２内に収容された液体の混合物と、ウェル１３内に収容された液体とがタイミングよく混合される。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。このため、最終的に、すべてのウェル１１〜１３内に収容された液体の混合物が、開口部１４の直近の合流部１６を経て開口部１４に到達することになる。
【００２４】
このように本実施形態のマイクロチャネルチップ１０を用いると、マイクロチャネル１７がプレート内に形成されて気泡の噛込みが発生しやすい場合であっても、気泡の噛込みが十分に防止され、ウェル１１〜１３内に収容された液体の混合物を開口部１４において確実に得ることができる。従って、ウェル１１〜１３内に収容される液体が、互いに化学反応又は生物反応するものである場合には、化学反応や生物反応を確実に行うことができる。
【００２５】
図２は、マイクロチャネル１０における流路抵抗を説明するための平面図である。図２に示すマイクロチャネルチップ１０は、下記式：
Ｔ１・Ｒ１＝Ｔ２・Ｒ２
（上記式中、Ｔ１は、合流部１５から、該合流部１５の上流側で且つ直近に設けられたパッシブバルブ１７ａまでの間の第１チャネル部１１ａの体積、Ｒ１は、合流部１５から、パッシブバルブ１７ａの上流側にあるウェル１１までの間の第１チャネル部１１ａの流路抵抗、Ｔ２は、合流部１５から合流部１５の上流側で且つ直近に設けられたパッシブバルブ１７ｂまでの間の第２チャネル１２ａの体積、Ｒ２は、合流部１５からパッシブバルブ１７ｂの上流側にあるウェル１２までの間の第２チャネル部１２ａの流路抵抗を表す。）を満たすことが好ましい。
【００２６】
図３は、チャネル部を示す図である。図３に示すように、チャネル部の断面形状を円形とし、チャネル部の長さをＬ（単位：ｍ）とし、チャネル部の断面半径をｒとし、チャネル部を流通する液体の密度をρ（単位：ｋｇ／ｍ３）とし、かつ動粘性係数をν（単位：ｍ２／ｓｅｃ）とした場合、チャネル部の流路抵抗Ｒは、具体的には、下記式：
Ｒ＝（８Ｌνρ）／（πｒ４）
で表すことができる。また、流路抵抗Ｒは液体の流量Ｑ（単位：ｍ３／ｓｅｃ）及び液体にかかる圧力Ｐ（単位：Ｐａ）と以下の関係にある。
Ｑ＝Ｐ／Ｒ
【００２７】
また、図２に示すマイクロチャネルチップ１０は、下記式：
Ｔ５・Ｒ５＝Ｔ４・Ｒ４
（上記式中、Ｔ５は、合流部１６から、該合流部１６の上流側で且つ直近に設けられたパッシブバルブ１７ｃまでの間の第１チャネル部１１ａの体積、Ｒ５は、合流部１６から、パッシブバルブ１７ｃの上流側にあるウェル１１及びウェル１２までの間の第１チャネル部１１ａ及び第２チャネル部１２ａの流路抵抗の合成抵抗、Ｔ４は、合流部１６から、合流部１６の上流側で且つ直近に設けられたパッシブバルブ１７ｄまでの間の第３チャネル１３ａの体積、Ｒ４は、合流部１６から、パッシブバルブ１７ｄの上流側にあるウェル１３までの間の第３チャネル部１３ａの流路抵抗を表す。）
を満たすことが好ましい。
【００２８】
ここで、上記Ｒ５は、第１及び第２チャネル部を導線とし、合流部１６を一の端子とし、合流部１６の上流側で且つ直近に設けられたパッシブバルブ１７ｃの上流側のウェル１１及び１２を共通の他の端子とした場合に求められる一の端子と他の端子との間の合成電気抵抗と同様にして求められる。
【００２９】
すなわち、上記Ｒ５は、合流部１６から合流部１５までの流路抵抗をＲ３とした場合に、下記式；
Ｒ５＝Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｒ３
で求められる。
【００３０】
この場合、複数の液体を混合させる際に、より気泡の噛み込みが生じることを防止することができる。すなわち、マイクロチャネル１７内を流通する液体同士がよりタイミングよく合流部１５，１６に到達する。
【００３１】
［マイクロチャネル］
次にマイクロチャネルについて詳細に説明する。
【００３２】
図４の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、本実施形態に係るマイクロチャネルチップ１０のプレート１０ａの厚さ方向に沿った部分断面図である。図４の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）において、チャネル部２１ａ、２１ｂ及び２１ｃの断面形状は四角形であり、チャネル部２１ａ、２１ｂ及び２１ｃのチャネル幅ｄは、１ｍｍ以下である。なお、「チャネル幅」とは、チャネル部の延び方向に対して直交する方向の長さをいう。チャネル部の断面形状が四角形の場合は横の長さをいい、台形や三角形の場合はチャネル部の幅方向に対して最も長い長さをいう。また、円形や半円形の場合は直径の長さ、楕円形の場合はチャネルの幅方向に対して最も長い径の長さをいう。
【００３３】
チャネル幅が上記の範囲であるため、このチャネル部２１ａ、２１ｂ及び２１ｃ内で液体同士が合流した場合には、一方の液体に含まれる物質が短時間で他方の液体内へと拡散することができる。すなわち、液体をかき混ぜるような混合手段を用いなくても、液体に含まれる物質同士を短時間で混合することができる。チャネル幅は、更に好ましくは１０μｍ〜３００μｍである。
【００３４】
図４の（ａ）に示す態様のチャネル部２１ａは、二つの基材を積層して形成されるものである。すなわち、一方の基材２３ａの一面と、他方の基材２３ｂの一面とにそれぞれ溝を設け、溝同士が向かい合うように貼り合わせることによってチャネル部２１ａが形成される。図４の（ｂ）に示す態様のチャネル部２１ｂは、三つの基材を積層して形成されるものである。すなわち、中間層である基材２４ｂに貫通溝を設け、この基材２４ｂを挟持するように基材２４ａ及び２４ｃを積層してチャネル部２１ｂが形成される。図４の（ｃ）に示す態様のチャネル部２１ｃは、基材２５ａにカバー部材２６を積層して形成されるものである。すなわち、基材２５ａに溝を設け、その上部に、カバー部材２６を貼り合わせることによってチャネル部２１ｃが形成される。なお、チャネル部２１ａ、チャネル部２１ｂ及びチャネル部２１ｃはそれぞれ図１に示す第１チャネル部１１ａ，第２チャネル部１２ａ，第３チャネル部１３ａに相当するものである。またプレートの構成は、図４の（ａ）〜（ｃ）に示す態様のいずれであってもよい。
【００３５】
なお、上記基材２３ａ，２３ｂ，２４ａ〜２４ｃ及び２５ａは任意に定めることができ、石英ガラス又はパイレックス（登録商標）ガラス等のガラス、ＰＤＭＳ、ポリカーボネート又はポリイミド等のポリマー、鉄、ステンレス、アルミニウム、ニッケル又は銅等のメタル、又はシリコン等を使用することができ、積層する場合のそれぞれの基材は、同一の種類であっても異なる種類であってもよい。
【００３６】
また、上記基材２３ａ，２３ｂ，２４ａ〜２４ｃ及び２５ａ及びカバー部材２６は、透光性であることが好ましい。この場合、各ウェル１１〜１３内の液体が各チャネル部１１ａ〜１３ａに導入されかどうか、ひいては液体同士の混合状態を目視で確認することができ、便利である。
【００３７】
［パッシブバルブ］
次にパッシブバルブについて説明する。
【００３８】
図５の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るパッシブバルブのプレート１０ａの厚さ方向に沿った部分断面図である。図５の（ａ）に示すように、本実施形態に用いられるパッシブバルブは、例えばマイクロチャネルの幅ｄよりも狭い幅ｄｓを有する狭窄部で構成される。パッシブバルブにおける液体の停止場所は、液体の種類、マイクロチャネルの材質により異なる。例えば液体が水でマイクロチャネルが疎水性材質の場合は図５の（ａ）に示すように、マイクロチャネルの幅が狭くなる部分、即ち液体の進行方向に対しパッシブバルブの手前側で停止し、液体が水でマイクロチャネルが親水性材質の場合は図５の（ｂ）に示すように、マイクロチャネルの幅が広くなる部分の手前側、即ちパッシブバルブの内部で停止する。
【００３９】
また、パッシブバルブの圧力障壁の設定方法について説明する。
【００４０】
例えば液体の種類を純水、マイクロチャネルの材質をポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、マイクロチャネルの幅ｄを３００μｍとしたときのパッシブバルブのバルブ幅（狭窄部の幅）ｄｓとパッシブバルブの圧力障壁ΔＰ（ｋＰａ）との関係を図６に示す。図６において、曲線で示すものが計算値であり、「◆」で示すものが実測値である。図６に示す結果より、実測値と計算値は略一致しており、バルブ幅ｄｓとパッシブバルブの圧力障壁ΔＰとが一対一で対応している。このため、バルブ幅ｄｓとパッシブバルブの圧力障壁ΔＰとの相関関係が予め算出されていれば、パッシブバルブのバルブ幅ｄｓを決定することにより、パッシブバルブの圧力障壁ΔＰを所望の値に設定することができる。なお、パッシブバルブは液体と気体の界面、すなわち液体の先頭を停止するもので、完全に液体に濡れた後、すなわち液体の先頭が通過した後に停止力は発生しない。
【００４１】
［製造方法］
次に、本実施形態に係るマイクロチャネルチップ１０の製造方法について説明する。本実施形態に係るマイクロチャネルチップの製造方法は、特に限定されないが、例えば、以下の方法で製造することができる。即ち、シリコンウェハ上にレジストを塗布し、マイクロチャネル１７、ウェル１１〜１３及び開口部１４に対応した形状にパターニングしたのち、現像し、露光したシリコンウェハの表面部分をエッチングする。こうしてシリコン表面にマイクロチャネル１７、ウェル１１〜１３及び開口部１４に対応した凸部が形成される。
【００４２】
次に、当該レジストを除去し、そこに未硬化のポリジメチルシロキサン（以下「ＰＤＭＳ−１」という。）を塗布する。そして、当該ＰＤＭＳ−１を硬化（１３０℃、３０分）させ、ＰＤＭＳ−１を剥離することにより、ウェルやチャネルの形状を有するＰＤＭＳ−１硬化物が得られる。また、ＰＤＭＳ−１硬化物は、その後、使用しやすいように更に加工することも可能である。
【００４３】
次に、ガラスウェハ上に別の未硬化のポリジメチルシロキサン（以下「ＰＤＭＳ−２」という。）を塗布し、仮硬化（５０℃、１０分）させる。そして、その上に、上記ＰＤＭＳ−１硬化物を貼り合わせ、最後にＰＤＭＳ−２を硬化（１３０℃、３０分）させる。こうして、本実施形態に係るマイクロチャネルチップ１０が得られる。
【００４４】
［第２実施形態］
次に、本発明のマイクロチャネルチップの第２実施形態について図７を参照して説明する。図７は、本発明のマイクロチャネルチップの第２実施形態を示す平面図である。図７に示すように、本実施形態のマイクロチャネルチップ２０は、各ウェル１１〜１３の配置、各チャネル部１１ａ〜１３ａの配置及び形状が異なること以外は、第１実施形態のマイクロチャネルチップ１０と同様の構成を有する。
【００４５】
具体的には、第１チャネル部１１ａは、合流部１５と合流部１６との間で蛇行しており、開口部１４と合流部１６との間でも蛇行している点で第１実施形態の第１チャネル部１１ａと相違する。
【００４６】
また第２チャネル部１２ａ及び第３チャネル部１３ａは途中で折れ曲がっている点で第１実施形態と相違する。
【００４７】
［第３実施形態］
次に、本発明のマイクロチャネルチップの第３実施形態について図８を参照して説明する。図８は、本発明のマイクロチャネルチップの第３実施形態を示す概略図である。
【００４８】
図８に示すように、本実施形態のマイクロチャネルチップ３０は、ウェル３１と開口部１４とをプレート（図示せず）中に有しており、ウェル３１及び開口部１４はチャネル部３１ａによって接続されている。また、チャネル部３１ａ上には合流部３５，３６，３７がウェル３１側から順次設けられている。またマイクロチャネル１７は、合流部３５に接続されるチャネル部３２ａと、合流部３６に接続されるチャネル部３３ａ、合流部３７に接続されるチャネル部３４ａとを有している。言い換えると、チャネル部３２ａは、チャネル部３１ａの合流部３５に合流しており、チャネル部３３ａは、チャネル部３１ａの合流部３６に合流しており、チャネル部３４ａは、チャネル部３１ａの合流部３７に合流している。
【００４９】
ウェル３１，３２，３３及び３４には、それぞれ液体が収容されている。またプレート（図示せず）には、ウェル３１〜３４にそれぞれ通じる通気口（図示せず）が形成されている。このため、ウェル３１〜３４内の圧力は、大気圧となっている。また図示しないが、開口部１４は、例えばシリンジポンプにより減圧可能となっている。
【００５０】
そして、チャネル部３１ａの合流部３５の上流側には、パッシブバルブ３７ａが設けられており、チャネル部３２ａには、チャネル部３１ａの合流部１５の上流側にパッシブバルブ３７ｂが設けられている。合流部３５，３６間には、合流部３６側にパッシブバルブ３７ｃが設けられており、チャネル部３３ａには、合流部３６側からウェル３３側に向かって順次パッシブバルブ３７ｄ，３７ｅが設けられている。また、合流部３６，３７間には、合流部３７側にパッシブバルブ３７ｆが設けられており、チャネル部３４ａには、合流部３７側からウェル３４側に向かって順次パッシブバルブ３７ｇ，３７ｈ，３７ｉが設けられている。３７ａ〜３７ｉは、チャネル部を経て導入される液体の先頭を停止させるものであり、液体にかかる圧力を高めることで液体の先頭を通過させるものである。
【００５１】
ここで、ウェル３１から開口部１４までのチャネル部３１ａ上のパッシブバルブの合計数は３であり、ウェル３２から開口部１４までのチャネル部３２ａ及びチャネル部３１ａ上のパッシブバルブの合計数は３であり、ウェル３３から開口部１４までのチャネル部３３ａ及びチャネル部３１ａ上のパッシブバルブの合計数は３であり、ウェル３４から開口部１４までのチャネル部３４ａ及びチャネル部３１ａ上のパッシブバルブの合計数も３である。つまり、各ウェル３１〜３４から開口部１４までのパッシブバルブの合計数は同一となっている。
【００５２】
このマイクロチャネルチップ３０によれば、開口部１４の圧力をＰ１、各ウェル３１〜３４の圧力をＰ２、パッシブバルブの圧力障壁をＰ３としたとき、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
０＜（Ｐ２−Ｐ１）＜Ｐ３
を満たすような値とすると、ウェル３１内に収容された液体は、チャネル部３１ａに流入され、ウェル３１の直近のパッシブバルブ３７ａで停止する。このとき、ウェル３２内に収容された液体は、チャネル部３２ａに流入され、ウェル３２の直近のパッシブバルブ３７ｂで停止する。またウェル３３内に収容された液体は、チャネル部３３ａに流入され、ウェル３３の直近のパッシブバルブ３７ｅで停止する。さらにウェル３４内に収容された液体は、チャネル部３４ａに流入され、ウェル３４の直近のパッシブバルブ３７ｉで停止する。
【００５３】
この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ３７ａで停止していた液体は、パッシブバルブ３７ａを通過して合流部３５に到達する。一方、パッシブバルブ３７ｂで停止していた液体は、パッシブバルブ３７ｂを通過して合流部３５に到達する。この場合には、異なるウェル３１，３２内に収容された液体同士がタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ３７ｃで停止する。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。なお、このとき、パッシブバルブ３７ｅで停止していた液体は、パッシブバルブ３７ｅを通過してパッシブバルブ３７ｄで停止し、パッシブバルブ３７ｉで停止していた液体は、パッシブバルブ３７ｉを通過してパッシブバルブ３７ｈで停止する。
【００５４】
この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ３７ｃで停止している液体は、パッシブバルブ３７ｃを通過して合流部３６に到達する。一方、パッシブバルブ３７ｄで停止していた液体は、パッシブバルブ３７ｄを通過して合流部３６に到達する。この場合には、異なるウェル３１，３２内に収容された液体の混合物と、ウェル３３内に収容された液体とがタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ３７ｆで停止する。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。なお、このとき、パッシブバルブ３７ｈで停止していた液体は、パッシブバルブ３７ｈを通過してパッシブバルブ３７ｇで停止する。
【００５５】
この状態から更に瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ３７ｆで停止している液体は、パッシブバルブ３７ｆを通過して合流部３７に到達する。一方、パッシブバルブ３７ｇで停止していた液体は、パッシブバルブ３７ｇを通過して合流部３７に到達する。この場合には、ウェル３１〜３３内に収容された液体の混合物と、ウェル３４内に収容された液体とがタイミングよく混合される。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。このため、最終的に、すべてのウェル３１〜３４内に収容された液体の混合物が、開口部１４の直近の合流部３７を経て開口部１４に到達することになる。
【００５６】
このように本実施形態のマイクロチャネルチップ３０を用いると、マイクロチャネル１７がプレート内に形成されて気泡の噛込みが発生しやすい場合であっても、気泡の噛込みが十分に防止され、ウェル３１〜３４内に収容された液体の混合物を開口部１４において確実に得ることができる。従って、ウェル３１〜３４内に収容される液体が、互いに化学反応又は生物反応するものである場合には、化学反応や生物反応を確実に行うことができる。
【００５７】
なお、本実施形態に係るマイクロチャネル、ウェル、パッシブバルブ、及び開口部については、第１実施形態において説明したものを利用できる。
【００５８】
［第４実施形態］
次に、本発明のマイクロチャネルチップの第４実施形態について説明する。図９は、本発明のマイクロチャネルチップの第４実施形態を示す概略図である。
【００５９】
図９に示すように、本実施形態のマイクロチャネルチップ４０は、ウェル４１と開口部１４とをプレート（図示せず）中に有しており、ウェル４１及び開口部１４はチャネル部４１ａによって接続されている。また、チャネル部４１ａ上には合流部４５，４６がウェル４１側から順次設けられている。また、マイクロチャネル１７は、合流部４５に接続されるチャネル部４２ａと、合流部４６に接続されるチャネル部４３ａとを有している。さらに、チャネル部４３ａ上には合流部４７が設けられており、マイクロチャネル１７は、合流部４７に接続されるチャネル部４４ａも有している。言い換えると、チャネル部４２ａは、チャネル部４１ａの合流部４５に合流しており、チャネル部４３ａは、チャネル部４１ａの合流部４６に合流しており、チャネル部４４ａは、チャネル部４３ａの合流部４７に合流している。
【００６０】
ウェル４１〜４４には、それぞれ液体が収容されている。またプレート（図示せず）には、ウェル４１〜４４にそれぞれ通じる通気口（図示せず）が形成されている。このため、ウェル４１〜４４内の圧力は、大気圧となっている。また図示しないが、開口部１４は、例えばシリンジポンプにより減圧可能となっている。
【００６１】
そして、チャネル部４１ａの合流部４５の上流側には、パッシブバルブ４７ａが設けられており、チャネル部４２ａには、チャネル部４１ａの合流部４５の上流側にパッシブバルブ４７ｂが設けられている。合流部４５，４６間には、合流部４６側にパッシブバルブ４７ｃが設けられており、チャネル部４３ａには、合流部４６側からウェル４３側に向かって順次パッシブバルブ４７ｄ，４７ｅが設けられており、チャネル部４４ａには、合流部４７の上流側にパッシブバルブ４７ｆが設けられている。４７ａ〜４７ｆは、チャネル部を経て導入される液体の先頭を停止させるものであり、液体にかかる圧力を高めることで液体の先頭を通過させるものである。
【００６２】
ここで、ウェル４１から開口部１４までのチャネル部４１ａ上のパッシブバルブの合計数は２であり、ウェル４２から開口部１４までのチャネル部４２ａ及びチャネル部４１ａ上のパッシブバルブの合計数は２であり、ウェル４３から開口部１４までのチャネル部４３ａ及びチャネル部４１ａ上のパッシブバルブの合計数は２であり、ウェル４４から開口部１４までのチャネル部４４ａ及びチャネル部４２ａ及びチャネル部４１ａ上のパッシブバルブの合計数も２である。つまり、各ウェル４１〜４４から開口部１４までのパッシブバルブの合計数は同一となっている。
【００６３】
このマイクロチャネルチップ４０によれば、開口部１４の圧力をＰ１、各ウェル４１〜４４の圧力をＰ２、パッシブバルブの圧力障壁をＰ３としたとき、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
０＜（Ｐ２−Ｐ１）＜Ｐ３
を満たすような値とすると、ウェル４１内に収容された液体は、チャネル部４１ａに流入され、ウェル４１の直近のパッシブバルブ４７ａで停止する。このとき、ウェル４２内に収容された液体は、チャネル部４２ａに流入され、ウェル４２の直近のパッシブバルブ４７ｂで停止する。またウェル４３内に収容された液体は、チャネル部４３ａに流入され、ウェル４３の直近のパッシブバルブ４７ｅで停止する。さらにウェル４４内に収容された液体は、チャネル部４４ａに流入され、ウェル４４の直近のパッシブバルブ４７ｆで停止する。
【００６４】
この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ４７ａで停止していた液体は、パッシブバルブ４７ａを通過して合流部４５に到達する。一方、パッシブバルブ４７ｂで停止していた液体は、パッシブバルブ４７ｂを通過して合流部４５に到達する。この場合には、異なるウェル４１，４２内に収容された液体同士がタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ４７ｃで停止する。また、パッシブバルブ４７ｅで停止していた液体は、パッシブバルブ４７ｅを通過して合流部４７に到達する。一方、パッシブバルブ４７ｆで停止していた液体は、パッシブバルブ４７ｆを通過して合流部４７に到達する。この場合には、異なるウェル４３，４４内に収容された液体同士がタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ４７ｄで停止する。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。
【００６５】
この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ４７ｃで停止している液体は、パッシブバルブ４７ｃを通過して合流部４６に到達する。一方、パッシブバルブ４７ｄで停止していた液体は、パッシブバルブ４７ｄを通過して合流部４６に到達する。この場合には、異なるウェル４１，４２内に収容された液体の混合物と、ウェル４３，４４内に収容された液体の混合物とがタイミングよく混合される。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。このため、最終的に、すべてのウェル４１〜４４内に収容された液体の混合物が、開口部１４の直近の合流部４６を経て開口部１４に到達することになる。
【００６６】
このように本実施形態のマイクロチャネルチップ４０を用いると、マイクロチャネル１７がプレート内に形成されて気泡の噛込みが発生しやすい場合であっても、気泡の噛込みが十分に防止され、ウェル４１〜４４内に収容された液体の混合物を開口部１４において確実に得ることができる。従って、ウェル４１〜４４内に収容される液体が、互いに化学反応又は生物反応するものである場合には、化学反応や生物反応を確実に行うことができる。
【００６７】
なお、本実施形態に係るマイクロチャネル、ウェル、パッシブバルブ、及び開口部については、第１実施形態において説明したものを利用できる。
【００６８】
［第５実施形態］
次に、本発明のマイクロチャネルチップの第５実施形態について説明する。図１０は、本発明のマイクロチャネルチップの第５実施形態を示す概略図である。
【００６９】
図１０に示すように、本実施形態のマイクロチャネルチップ５０は、ウェル５１，６１と開口部１４とをプレート（図示せず）中に有しており、ウェル５１及び開口部１４はチャネル部５１ａによって接続されており、ウェル６１及び開口部１４はチャネル部６１ａによって接続されている。また、チャネル部５１ａ上には合流部５５，５６，５７がウェル５１側から順次設けられており、チャネル部６１ａ上には合流部６５，６６がウェル６１側から順次設けられている。またマイクロチャネル１７は、合流部５７に接続されるチャネル部５１ａとチャネル部６１ａとを有しており、さらに合流部５５に接続されるチャネル部５２ａと、合流部５６に接続されるチャネル部５３ａと、合流部６５に接続されるチャネル部６２ａと、合流部６６に接続されるチャネル部６３ａとを有している。言い換えると、チャネル部６１ａは、チャネル部５１ａの合流部５７に合流しており、チャネル部５２ａは、チャネル部５１ａの合流部５５に合流しており、チャネル部５３ａは、チャネル部５１ａの合流部５６に合流しており、チャネル部６２ａは、チャネル部６１ａの合流部６５に合流しており、チャネル部６３ａは、チャネル部６１ａの合流部６６に合流している。
【００７０】
ウェル５１，５２，５３，６１，６２及び６３には、それぞれ液体が収容されている。またプレート（図示せず）には、ウェル５１〜５３，６１〜６３にそれぞれ通じる通気口（図示せず）が形成されている。このため、ウェル５１〜５３，６１〜６３内の圧力は、大気圧となっている。また図示しないが、開口部１４は、例えばシリンジポンプにより減圧可能となっている。
【００７１】
そして、チャネル部５１ａの合流部５５の上流側には、パッシブバルブ５７ａが設けられており、チャネル部５２ａには、チャネル部５１ａの合流部５５の上流側にパッシブバルブ５７ｂが設けられている。合流部５５，５６間には、合流部５６側にパッシブバルブ５７ｃが設けられており、チャネル部５３ａには、合流部５６側からウェル５３側に向かって順次パッシブバルブ５７ｄ，５７ｅが設けられている。合流部５６，５７間には、合流部５７側にパッシブバルブ５７ｆが設けられている。また、チャネル部６１ａの合流部６５の上流側には、パッシブバルブ６７ａが設けられており、チャネル部６２ａには、チャネル部６１ａの合流部６５の上流側にパッシブバルブ６７ｂが設けられている。合流部６５，６６間には、合流部６６側にパッシブバルブ６７ｃが設けられており、チャネル部６３ａには、合流部６６側からウェル６３側に向かって順次パッシブバルブ６７ｄ，６７ｅが設けられている。合流部６６，６７間には、合流部６７側にパッシブバルブ６７ｆが設けられている。５７ａ〜５７ｆ，６７ａ〜６７ｆは、チャネル部を経て導入される液体の先頭を停止させるものであり、液体にかかる圧力を高めることで液体の先頭を通過させるものである。
【００７２】
ここで、ウェル５１から開口部１４までのチャネル部５１ａ上のパッシブバルブの合計数は３であり、ウェル５２から開口部１４までのチャネル部５２ａ及びチャネル部５１ａ上のパッシブバルブの合計数は３であり、ウェル５３から開口部１４までのチャネル部５３ａ及びチャネル部５１ａ上のパッシブバルブの合計数は３である。また、ウェル６１から開口部１４までのチャネル部６１ａ上のパッシブバルブの合計数は３であり、ウェル６２から開口部１４までのチャネル部６２ａ及びチャネル部６１ａ上のパッシブバルブの合計数は３であり、ウェル６３から開口部１４までのチャネル部６３ａ及びチャネル部６１ａ上のパッシブバルブの合計数は３である。つまり、各ウェル５１〜５３，６１〜６３から開口部１４までのパッシブバルブの合計数は同一となっている。
【００７３】
このマイクロチャネルチップ５０によれば、開口部１４の圧力をＰ１、各ウェル５１〜５３、６１〜６３の圧力をＰ２、パッシブバルブの圧力障壁をＰ３としたとき、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
０＜（Ｐ２−Ｐ１）＜Ｐ３
を満たすような値とすると、ウェル５１内に収容された液体は、チャネル部５１ａに流入され、ウェル５１の直近のパッシブバルブ５７ａで停止する。このとき、ウェル５２内に収容された液体は、チャネル部５２ａに流入され、ウェル５２の直近のパッシブバルブ５７ｂで停止する。ウェル５３内に収容された液体は、チャネル部５３ａに流入され、ウェル５３の直近のパッシブバルブ５７ｅで停止する。また、ウェル６１内に収容された液体は、チャネル部６１ａに流入され、ウェル６１の直近のパッシブバルブ６７ａで停止する。ウェル６２内に収容された液体は、チャネル部６２ａに流入され、ウェル６２の直近のパッシブバルブ６７ｂで停止する。ウェル６３内に収容された液体は、チャネル部６３ａに流入され、ウェル６３の直近のパッシブバルブ６７ｅで停止する。
【００７４】
この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ５７ａで停止していた液体は、パッシブバルブ５７ａを通過して合流部５５に到達する。一方、パッシブバルブ５７ｂで停止していた液体は、パッシブバルブ５７ｂを通過して合流部５５に到達する。この場合には、異なるウェル５１，５２内に収容された液体同士がタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ５７ｃで停止する。また、パッシブバルブ６７ａで停止していた液体は、パッシブバルブ６７ａを通過して合流部６５に到達する。一方、パッシブバルブ６７ｂで停止していた液体は、パッシブバルブ６７ｂを通過して合流部６５に到達する。この場合には、異なるウェル６１，６２内に収容された液体同士がタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ６７ｃで停止する。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。なお、このとき、パッシブバルブ５７ｅで停止していた液体は、パッシブバルブ５７ｅを通過してパッシブバルブ５７ｄで停止し、パッシブバルブ６７ｅで停止していた液体は、パッシブバルブ６７ｅを通過してパッシブバルブ６７ｄで停止する。
【００７５】
この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ５７ｃで停止している液体は、パッシブバルブ５７ｃを通過して合流部５６に到達する。一方、パッシブバルブ５７ｄで停止していた液体は、パッシブバルブ５７ｄを通過して合流部５６に到達する。この場合には、異なるウェル５１，５２内に収容された液体の混合物と、ウェル５３内に収容された液体とがタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ５７ｆで停止する。また、パッシブバルブ６７ｃで停止している液体は、パッシブバルブ６７ｃを通過して合流部６６に到達する。一方、パッシブバルブ６７ｄで停止していた液体は、パッシブバルブ６７ｄを通過して合流部６６に到達する。この場合には、異なるウェル６１，６２内に収容された液体の混合物と、ウェル６３内に収容された液体とがタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ６７ｆで停止する。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。
【００７６】
この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ５７ｆで停止している液体は、パッシブバルブ５７ｆを通過して合流部５７に到達する。一方、パッシブバルブ６７ｆで停止していた液体は、パッシブバルブ６７ｆを通過して合流部５７に到達する。この場合には、ウェル５１〜５３内に収容された液体の混合物と、ウェル６１〜６３内に収容された液体とがタイミングよく混合される。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。このため、最終的に、すべてのウェル５１〜５３，６１〜６３内に収容された液体の混合物が、開口部１４の直近の合流部５７を経て開口部１４に到達することになる。
【００７７】
このように本実施形態のマイクロチャネルチップ５０を用いると、マイクロチャネル１７がプレート内に形成されて気泡の噛込みが発生しやすい場合であっても、気泡の噛込みが十分に防止され、ウェル５１〜５３，６１〜６３内に収容された液体の混合物を開口部１４において確実に得ることができる。従って、ウェル５１〜５３，６１〜６３内に収容される液体が、互いに化学反応又は生物反応するものである場合には、化学反応や生物反応を確実に行うことができる。
【００７８】
なお、本実施形態に係るマイクロチャネル、ウェル、パッシブバルブ、及び開口部については、第１実施形態において説明したものを利用できる。
【００７９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００８０】
例えば、図４に示すマイクロチャネルの断面形状は矩形であるが、特に限定されず、円形であってもよく、台形、楕円形等の形状であってもよい。
【００８１】
また、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すパッシブバルブは、マイクロチャネルの内壁部に断面が矩形状の凸部を有しているが、この凸部の断面形状は特に限定されず、三角状であってもよく、台形状であってもよい。
【００８２】
また、本発明において用いる液体は流動性があれば特に限定されず用いることができる。なお、常温において流動性がない液体であっても、加熱時に流動性があれば、本発明のマイクロチャネルチップを加熱することにより用いることができる。
【００８３】
また、本実施形態においては、液体がパッシブバルブを通過するために、開口部を各ウェルよりも減圧しているが、開口部を大気圧とし、各ウェルに設けられた通気口から加圧することによっても、液体がパッシブバルブを通過することができる。
【００８４】
上述した開口部１４若しくは上述した通気口は、上述したカバー部材に設けることも可能である。この場合、本実施形態に係るマイクロチャネルチップの基材をカバー部材で覆うだけで用いることが可能となる。
【００８５】
また、開口部を各ウェルよりも減圧する場合、当該開口部から減圧する圧力制御手段としては、特に限定されないが、例えば、ポンプを使うことができる。このポンプとしては、ダイアフラムポンプ、シリンジポンプ等を用いることができる。これらは、開口部に接続して用いられる。この中でもダイアフラムポンプを用いることが好ましい。ダイアフラムポンプを用いると、圧力制御を簡便に行うことができ、さらにコスト、サイズの面で有用である。
【００８６】
なお、上記圧力制御手段は開口部を減圧するのみならず、開口部を大気圧とし、各ウェルに設けられた通気口から加圧することも可能である。この場合、シリンジポンプを用いることが好ましい。また、マイクロチャネル中で混合を行う場合、気泡の噛み込みが生じることをより防止することができる。
【実施例】
【００８７】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８８】
図７に示すマイクロチャネルチップを用いて細菌の検出試験を行った。ウェル１１には、下記に示す検体溶液を、ウェル１２には溶菌溶液を、ウェル１３には発光溶液を収容し、合流部１６から開口部１４までの蛇行したチャネル部１１ａの上下面に、反射板と光検出装置を配置した。
【００８９】
（検体液）
１０６ｃｅｌｌｓ／ｍｌ（E.coli JM109、ＰＢＳ ｂｕｆｆｅｒ）
（溶菌溶液）
１０ｍｇ／ｍＬ（Lysozyme(fromChicken Egg White)：シグマ社製）、０．８ｗｔ％（TritonX-100：シグマ社製）、４ｗｔ％（Sucroce、１０ｍＭ ＥＤＴＡ、５０ｍＭ Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ８．０））
（発光溶液）
１ｍｇ／ｍｌ（ルシフェラーゼ：和光純薬社製）、２．５ｍＭ（Ｄ（−）−ルシフェリン：和光純薬社製）
【００９０】
上記各液体を各ウェル１１〜１３それぞれに接続されたチャネル部１１ａ、１２ａ及び１３ａに流通させ、検体溶液をパッシブバルブ１７ａに、溶菌溶液をパッシブバルブ１７ｂに、発光溶液をパッシブバルブ１７ｅに停止させた。
【００９１】
そして、開口部１４に接続したダイアフラムポンプで、減圧することにより、各液体が各パッシブバルブを通過し、検体溶液と溶菌溶液とを混合させた。この混合により細菌内ＡＴＰが抽出され、細菌内ＡＴＰを含む混合液はさらに蛇行したチャネル部１１ａを流通し、パッシブバルブ１７ｃに停止した。一方、パッシブバルブ１７ｅを通過した発光溶液は、チャネル部１３ａを流通し、パッシブバルブ１７ｄにて停止した。
【００９２】
そして再び、開口部１４に接続したダイアフラムポンプで、減圧することにより、各液体が各パッシブバルブを通過し、細菌内ＡＴＰを含む混合液と発光溶液とを混合させた。この混合により、発光溶液に含まれるルシフェラーゼが細菌内ＡＴＰと反応し、合流部１６から開口部１４までの蛇行したチャネル部１１ａを流通する過程において発光した。
【００９３】
この発光による発光量を上記反射板で増加させ、更に上記検出装置にて光を検出することができた。
【００９４】
以上より、通常、微量の発光量である細菌の生物発光反応において、的確に光を検出し、細菌を十分に検出することができたことから、本発明のマイクロチャネルチップによれば、検体液と、溶菌溶液と、発光溶液とが確実に混合していることがわかった。
【００９５】
したがって、本発明のマイクロチャネルチップは、複数のウェルに収容された液体同士を確実に混合させることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】図１は、本発明のマイクロチャネルチップの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図２は、マイクロチャネル１０における流路抵抗を説明するための平面図である。
【図３】図３は、チャネル部を示す図である。
【図４】図４は、プレートの厚さ方向に沿った第１実施形態で用いられるチャネルの部分断面図である。
【図５】図５は、プレートの厚さ方向に沿った第１実施形態で用いられるパッシブバルブの部分断面図である。
【図６】図６は、パッシブバルブのバルブ幅とパッシブバルブ圧力障壁との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明のマイクロチャネルチップの第２実施形態を示す平面図である。
【図８】図８は、本発明のマイクロチャネルチップの第３実施形態を示す概略図である。
【図９】図９は、本発明のマイクロチャネルチップの第４実施形態を示す概略図である。
【図１０】図１０は、本発明のマイクロチャネルチップの第５実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０，２０…マイクロチャネルチップ、１０ａ，２０ａ…プレート、１１〜１３，３１〜３４，４１〜４４，５１〜５３，６１〜６３…ウェル、１１ａ〜１３ａ，３１ａ〜３４ａ，４１ａ〜４４ａ，５１ａ〜５３ａ，６１ａ〜６３ａ，２１ａ，２１ｂ,２１ｃ…チャネル部、１４…開口部、１５，１６，３５〜３７，４５〜４７，５５〜５７，６５，６６…合流部、１７…マイクロチャネル、１７ａ〜１７ｅ，３７ａ〜３７ｉ，４７ａ〜４７ｆ，５７ａ〜５７ｆ，６７ａ〜６７ｆ…パッシブバルブ、２３ａ，２３ｂ，２４ａ〜２４ｃ,２５ａ,２６…基材、ｄ…チャネル幅。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチャネルチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のナノテクノロジーやバイオテクノロジーの分野においては、微量の液体を用いた化学反応や検査等がよく行われており、このような化学反応や検査等を的確に行うためには、化学反応や検査等に使用する液体同士を確実に混合させる技術が必要となる。
【０００３】
このような微量の液体を混合する装置として、マイクロチャネルチップが知られている。マイクロチャネルチップは一般に、プレートを有し、プレートには、液体を収容する複数のウェルと、１つの開口部と、複数のウェル及び開口部を接続するマイクロチャネルとが形成されている。またマイクロチャネルは、少なくとも１つの合流部を有し、この合流部に複数の流路が合流するようになっている。従って、開口部の圧力を低下させると、原理的には、ウェルと開口部との間に圧力差が生じ、複数のウェル内の液体がマイクロチャネルを経て開口部に導入される。ところが、マイクロチャネルチップにおいては、マイクロチャネルは閉じられた空間であり、液体同士の混合が必ずしもうまくいくとは限らない。例えば、複数の流路の合流部で当該流路を流れる液体同士を混合させようとすると、混合するタイミングによっては一の流路を流れる液体が先に合流部に流入され、他の流路内では気泡の噛み込みが発生し、最悪の場合には液体同士を混合させることができない。
【０００４】
そこで、マイクロチャネルを通る液体の流れを制御して微量の液体を所望のタイミングで混合させる受動弁ないしは液体の停止手段（以下、「パッシブバルブ」という）を用いたマイクロチャネルチップが提案されている（下記特許文献１及び２参照）。また、同様にパッシブバルブに相当する撥水バルブを設けて、圧力制御により微量の液体をタイミングよく混合させる方法、装置が開示されている（例えば下記特許文献３参照）。
【特許文献１】特表２００２−５２７２５０号公報
【特許文献２】米国特許第６６０１６１３号明細書
【特許文献３】特開２００３−１９０７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した特許文献１〜３に記載のマイクロチャネルチップは以下に示す課題を有する。
【０００６】
即ち、上記特許文献１〜３に記載のマイクロチャネルチップが特に３つ以上のウェルを有している場合、マイクロチャネルに気泡の噛込みが発生し、複数のウェルに収容された液体同士を全て混合し、開口部に導入することが困難となる。
【０００７】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数のウェルに収容された液体同士を確実に混合させることができるマイクロチャネルチップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、上記のように気泡の噛み込みを防止するためには、混合させる液体が開口部に達するまでに、同一回数のパッシブバルブを通過するように配置すればよいのではないかと考えた。そして、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、以下の発明により上記課題を解決し得ることを見出した。
【０００９】
即ち本発明のマイクロチャネルチップは、プレートを有し、プレート内部には、液体を収容する複数のウェルと、開口部と、前記複数のウェル及び前記開口部を接続するマイクロチャネルが形成され、マイクロチャネルが少なくとも１つの合流部を有し、合流部の上流側には液体を停止させるパッシブバルブが少なくとも１つ設けられており、かつ開口部から各ウェルまでに設けられたパッシブバルブの合計数がそれぞれ同一となっていることを特徴とする。ここで、本発明において用いるパッシブバルブとは、上流側と下流側の圧力差がパッシブバルブによる圧力障壁未満の場合、上流から流れてきた液体の先頭を停止させることができ、また、上流側と下流側の圧力差がパッシブバルブによる圧力障壁以上の場合、上流から流れてきた液体の先頭を通過させることができるバルブをいう。
【００１０】
このマイクロチャネルチップによれば、開口部の圧力をＰ１、各ウェルの圧力をＰ２、パッシブバルブの圧力障壁をＰ３としたとき、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
０＜（Ｐ２−Ｐ１）＜Ｐ３
を満たすような値とすると、各ウェル内に収容された液体は、マイクロチャネルに流入され、直近のパッシブバルブで停止する。そして、この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブで停止していた液体は、パッシブバルブを通過して、さらに下流のパッシブバルブで停止するか、又は合流部で他のウェルに収容されていた液体とタイミングよく合流し、さらに下流のパッシブバルブで停止する。すなわち、合流部での気泡の噛み込みを防止することができる。この状態からまた瞬間的に
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブで停止していた液体は、パッシブバルブを通過して、さらに下流のパッシブバルブで停止する。このような操作を繰り返すと、各ウェル内に収容された液体の混合物が開口部に到達する。
【００１１】
上記マイクロチャネルチップは、下記式：
Ｔｘ・Ｒｘ＝Ｔｙ・Ｒｙ
（上記式中、Ｔｘは、前記合流部から、該合流部の上流側で且つ直近に設けられた一のパッシブバルブまでの間のマイクロチャネルの体積を、Ｒｘは、合流部から、一のパッシブバルブの上流側にあるすべてのウェルまでの間のマイクロチャネルの流路抵抗を、Ｔｙは、合流部から、該合流部の上流側で且つ直近に設けられた他のパッシブバルブまでの間のマイクロチャネルの体積を、Ｒｙは、合流部から、他のパッシブバルブの上流側にあるすべてのウェルまでの間のマイクロチャネルの流路抵抗を表す。）
を満たすことが好ましい。
【００１２】
ここで、「合流部から合流部の上流側で且つ直近に設けられたパッシブバルブの上流側にあるすべてのウェルまでの間のマイクロチャネルの流路抵抗」とは、パッシブバルブの上流側に複数のウェルが存在する場合には、合流部からパッシブバルブの上流側にある各ウェルまでの間のマイクロチャネルの流路抵抗の合成抵抗をいう。ここで、流路抵抗の合成抵抗は、マイクロチャネルを導線とし、合流部を一の端子とし、当該合流部の上流側で且つ直近に設けられた一のパッシブバルブの上流側の各ウェルを共通の他の端子とした場合に求められる一の端子と他の端子との間の合成電気抵抗と同様にして求められる。
【００１３】
この場合、複数の液体を混合させる際に、より気泡の噛み込みが生じることを防止することができる。すなわち、マイクロチャネル内を流通する液体同士がよりタイミングよく合流部に到達する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数のウェルに収容された液体同士を確実に混合させることができるマイクロチャネルチップを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明に係るマイクロチャネルチップの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１６】
［第１実施形態］
まず、本発明のマイクロチャネルチップの第１実施形態について説明する。図１は、本発明のマイクロチャネルチップの第１実施形態を示す平面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態のマイクロチャネルチップ１０は、矩形平板状のプレートを有している。プレートは透光性材料で構成されており、液体を収容する複数のウェル１１，１２，１３と、開口部１４と、ウェル１１〜１３及び開口部１４を接続するマイクロチャネルとを有している。具体的には、マイクロチャネル１７は、ウェル１１と開口部１４とを接続する第１チャネル部１１ａを有しており、第１チャネル部１１ａ上には合流部１５，１６がウェル１１側から順次設けられている。またマイクロチャネル１７は、合流部１５に接続される第２チャネル部１２ａと、合流部１６に接続される第３チャネル部１３ａとを有している。言い換えると、第２チャネル部１２ａは、第１チャネル部１１ａの合流部１５に合流しており、第３チャネル部１３ａは、第１チャネル部１１ａの合流部１６に合流している。
【００１８】
ウェル１１，１２及び１３には、それぞれ液体が収容されている。またプレートには、ウェル１１，１２，１３にそれぞれ通じる通気口（図示せず）が形成されている。このため、ウェル１１〜１３内の圧力は、大気圧となっている。また、図示しないが、開口部１４は、例えばシリンジポンプにより減圧可能となっている。
【００１９】
そして、第１チャネル部１１ａの合流部１５の上流側には、パッシブバルブ１７ａが設けられ、第２チャネル部１２ａには、第１チャネル部１１ａの合流部１５の上流側にパッシブバルブ１７ｂが設けられており、合流部１５，１６間には、合流部１６側にパッシブバルブ１７ｃが設けられている。また第３チャネル部１３ａには、合流部１６側からウェル１３側に向かって順次パッシブバルブ１７ｄ，１７ｅが設けられている。パッシブバルブ１７ａ〜１７ｅは、チャネル部を経て導入される液体の先頭を停止させるものであり、液体にかかる圧力を高めることで液体の先頭を通過させるものである。
【００２０】
ここで、ウェル１１から開口部１４までの第１チャネル部１１ａ上のパッシブバルブの合計数は２であり、ウェル１２から開口部１４までの第２チャネル部１２ａ及び第１チャネル部１１ａ上のパッシブバルブの合計数は２であり、ウェル１３から開口部１４までの第３チャネル部１３ａ及び第１チャネル部１１ａ上のパッシブバルブの合計数も２である。つまり、各ウェル１１〜１３から開口部１４までのパッシブバルブの合計数は同一となっている。
【００２１】
このマイクロチャネルチップ１０によれば、開口部１４の圧力をＰ１、各ウェル１１〜１３の圧力をＰ２、パッシブバルブ１０の圧力障壁をＰ３としたとき、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
０＜（Ｐ２−Ｐ１）＜Ｐ３
を満たすような値とすると、ウェル１１内に収容された液体は、第１チャネル部１１ａに流入され、ウェル１１の直近のパッシブバルブ１７ａで停止する。このとき、ウェル１２内に収容された液体は、第２チャネル部１２ａに流入され、ウェル１２の直近のパッシブバルブ１７ｂで停止する。またウェル１３内に収容された液体は、第３チャネル部１３ａに流入され、ウェル１３の直近のパッシブバルブ１７ｅで停止する。
【００２２】
そして、この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ１７ａで停止していた液体は、パッシブバルブ１７ａを通過して合流部１５に到達する。一方、パッシブバルブ１７ｂで停止していた液体は、パッシブバルブ１７ｂを通過して合流部１５に到達する。この場合には、異なるウェル１１，１２内に収容された液体同士がタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ１７ｃで停止する。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。なお、このとき、パッシブバルブ１７ｅで停止していた液体は、パッシブバルブ１７ｅを通過してパッシブバルブ１７ｄで停止する。
【００２３】
この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ１７ｃで停止している液体は、パッシブバルブ１７ｃを通過して合流部１６に到達する。一方、パッシブバルブ１７ｄで停止していた液体は、パッシブバルブ１７ｄを通過して合流部１６に到達する。この場合には、異なるウェル１１，１２内に収容された液体の混合物と、ウェル１３内に収容された液体とがタイミングよく混合される。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。このため、最終的に、すべてのウェル１１〜１３内に収容された液体の混合物が、開口部１４の直近の合流部１６を経て開口部１４に到達することになる。
【００２４】
このように本実施形態のマイクロチャネルチップ１０を用いると、マイクロチャネル１７がプレート内に形成されて気泡の噛込みが発生しやすい場合であっても、気泡の噛込みが十分に防止され、ウェル１１〜１３内に収容された液体の混合物を開口部１４において確実に得ることができる。従って、ウェル１１〜１３内に収容される液体が、互いに化学反応又は生物反応するものである場合には、化学反応や生物反応を確実に行うことができる。
【００２５】
図２は、マイクロチャネル１０における流路抵抗を説明するための平面図である。図２に示すマイクロチャネルチップ１０は、下記式：
Ｔ１・Ｒ１＝Ｔ２・Ｒ２
（上記式中、Ｔ１は、合流部１５から、該合流部１５の上流側で且つ直近に設けられたパッシブバルブ１７ａまでの間の第１チャネル部１１ａの体積、Ｒ１は、合流部１５から、パッシブバルブ１７ａの上流側にあるウェル１１までの間の第１チャネル部１１ａの流路抵抗、Ｔ２は、合流部１５から合流部１５の上流側で且つ直近に設けられたパッシブバルブ１７ｂまでの間の第２チャネル１２ａの体積、Ｒ２は、合流部１５からパッシブバルブ１７ｂの上流側にあるウェル１２までの間の第２チャネル部１２ａの流路抵抗を表す。）を満たすことが好ましい。
【００２６】
図３は、チャネル部を示す図である。図３に示すように、チャネル部の断面形状を円形とし、チャネル部の長さをＬ（単位：ｍ）とし、チャネル部の断面半径をｒとし、チャネル部を流通する液体の密度をρ（単位：ｋｇ／ｍ３）とし、かつ動粘性係数をν（単位：ｍ２／ｓｅｃ）とした場合、チャネル部の流路抵抗Ｒは、具体的には、下記式：
Ｒ＝（８Ｌνρ）／（πｒ４）
で表すことができる。また、流路抵抗Ｒは液体の流量Ｑ（単位：ｍ３／ｓｅｃ）及び液体にかかる圧力Ｐ（単位：Ｐａ）と以下の関係にある。
Ｑ＝Ｐ／Ｒ
【００２７】
また、図２に示すマイクロチャネルチップ１０は、下記式：
Ｔ５・Ｒ５＝Ｔ４・Ｒ４
（上記式中、Ｔ５は、合流部１６から、該合流部１６の上流側で且つ直近に設けられたパッシブバルブ１７ｃまでの間の第１チャネル部１１ａの体積、Ｒ５は、合流部１６から、パッシブバルブ１７ｃの上流側にあるウェル１１及びウェル１２までの間の第１チャネル部１１ａ及び第２チャネル部１２ａの流路抵抗の合成抵抗、Ｔ４は、合流部１６から、合流部１６の上流側で且つ直近に設けられたパッシブバルブ１７ｄまでの間の第３チャネル１３ａの体積、Ｒ４は、合流部１６から、パッシブバルブ１７ｄの上流側にあるウェル１３までの間の第３チャネル部１３ａの流路抵抗を表す。）
を満たすことが好ましい。
【００２８】
ここで、上記Ｒ５は、第１及び第２チャネル部を導線とし、合流部１６を一の端子とし、合流部１６の上流側で且つ直近に設けられたパッシブバルブ１７ｃの上流側のウェル１１及び１２を共通の他の端子とした場合に求められる一の端子と他の端子との間の合成電気抵抗と同様にして求められる。
【００２９】
すなわち、上記Ｒ５は、合流部１６から合流部１５までの流路抵抗をＲ３とした場合に、下記式；
Ｒ５＝Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｒ３
で求められる。
【００３０】
この場合、複数の液体を混合させる際に、より気泡の噛み込みが生じることを防止することができる。すなわち、マイクロチャネル１７内を流通する液体同士がよりタイミングよく合流部１５，１６に到達する。
【００３１】
［マイクロチャネル］
次にマイクロチャネルについて詳細に説明する。
【００３２】
図４の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、本実施形態に係るマイクロチャネルチップ１０のプレート１０ａの厚さ方向に沿った部分断面図である。図４の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）において、チャネル部２１ａ、２１ｂ及び２１ｃの断面形状は四角形であり、チャネル部２１ａ、２１ｂ及び２１ｃのチャネル幅ｄは、１ｍｍ以下である。なお、「チャネル幅」とは、チャネル部の延び方向に対して直交する方向の長さをいう。チャネル部の断面形状が四角形の場合は横の長さをいい、台形や三角形の場合はチャネル部の幅方向に対して最も長い長さをいう。また、円形や半円形の場合は直径の長さ、楕円形の場合はチャネルの幅方向に対して最も長い径の長さをいう。
【００３３】
チャネル幅が上記の範囲であるため、このチャネル部２１ａ、２１ｂ及び２１ｃ内で液体同士が合流した場合には、一方の液体に含まれる物質が短時間で他方の液体内へと拡散することができる。すなわち、液体をかき混ぜるような混合手段を用いなくても、液体に含まれる物質同士を短時間で混合することができる。チャネル幅は、更に好ましくは１０μｍ〜３００μｍである。
【００３４】
図４の（ａ）に示す態様のチャネル部２１ａは、二つの基材を積層して形成されるものである。すなわち、一方の基材２３ａの一面と、他方の基材２３ｂの一面とにそれぞれ溝を設け、溝同士が向かい合うように貼り合わせることによってチャネル部２１ａが形成される。図４の（ｂ）に示す態様のチャネル部２１ｂは、三つの基材を積層して形成されるものである。すなわち、中間層である基材２４ｂに貫通溝を設け、この基材２４ｂを挟持するように基材２４ａ及び２４ｃを積層してチャネル部２１ｂが形成される。図４の（ｃ）に示す態様のチャネル部２１ｃは、基材２５ａにカバー部材２６を積層して形成されるものである。すなわち、基材２５ａに溝を設け、その上部に、カバー部材２６を貼り合わせることによってチャネル部２１ｃが形成される。なお、チャネル部２１ａ、チャネル部２１ｂ及びチャネル部２１ｃはそれぞれ図１に示す第１チャネル部１１ａ，第２チャネル部１２ａ，第３チャネル部１３ａに相当するものである。またプレートの構成は、図４の（ａ）〜（ｃ）に示す態様のいずれであってもよい。
【００３５】
なお、上記基材２３ａ，２３ｂ，２４ａ〜２４ｃ及び２５ａは任意に定めることができ、石英ガラス又はパイレックス（登録商標）ガラス等のガラス、ＰＤＭＳ、ポリカーボネート又はポリイミド等のポリマー、鉄、ステンレス、アルミニウム、ニッケル又は銅等のメタル、又はシリコン等を使用することができ、積層する場合のそれぞれの基材は、同一の種類であっても異なる種類であってもよい。
【００３６】
また、上記基材２３ａ，２３ｂ，２４ａ〜２４ｃ及び２５ａ及びカバー部材２６は、透光性であることが好ましい。この場合、各ウェル１１〜１３内の液体が各チャネル部１１ａ〜１３ａに導入されかどうか、ひいては液体同士の混合状態を目視で確認することができ、便利である。
【００３７】
［パッシブバルブ］
次にパッシブバルブについて説明する。
【００３８】
図５の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るパッシブバルブのプレート１０ａの厚さ方向に沿った部分断面図である。図５の（ａ）に示すように、本実施形態に用いられるパッシブバルブは、例えばマイクロチャネルの幅ｄよりも狭い幅ｄｓを有する狭窄部で構成される。パッシブバルブにおける液体の停止場所は、液体の種類、マイクロチャネルの材質により異なる。例えば液体が水でマイクロチャネルが疎水性材質の場合は図５の（ａ）に示すように、マイクロチャネルの幅が狭くなる部分、即ち液体の進行方向に対しパッシブバルブの手前側で停止し、液体が水でマイクロチャネルが親水性材質の場合は図５の（ｂ）に示すように、マイクロチャネルの幅が広くなる部分の手前側、即ちパッシブバルブの内部で停止する。
【００３９】
また、パッシブバルブの圧力障壁の設定方法について説明する。
【００４０】
例えば液体の種類を純水、マイクロチャネルの材質をポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、マイクロチャネルの幅ｄを３００μｍとしたときのパッシブバルブのバルブ幅（狭窄部の幅）ｄｓとパッシブバルブの圧力障壁ΔＰ（ｋＰａ）との関係を図６に示す。図６において、曲線で示すものが計算値であり、「◆」で示すものが実測値である。図６に示す結果より、実測値と計算値は略一致しており、バルブ幅ｄｓとパッシブバルブの圧力障壁ΔＰとが一対一で対応している。このため、バルブ幅ｄｓとパッシブバルブの圧力障壁ΔＰとの相関関係が予め算出されていれば、パッシブバルブのバルブ幅ｄｓを決定することにより、パッシブバルブの圧力障壁ΔＰを所望の値に設定することができる。なお、パッシブバルブは液体と気体の界面、すなわち液体の先頭を停止するもので、完全に液体に濡れた後、すなわち液体の先頭が通過した後に停止力は発生しない。
【００４１】
［製造方法］
次に、本実施形態に係るマイクロチャネルチップ１０の製造方法について説明する。本実施形態に係るマイクロチャネルチップの製造方法は、特に限定されないが、例えば、以下の方法で製造することができる。即ち、シリコンウェハ上にレジストを塗布し、マイクロチャネル１７、ウェル１１〜１３及び開口部１４に対応した形状にパターニングしたのち、現像し、露光したシリコンウェハの表面部分をエッチングする。こうしてシリコン表面にマイクロチャネル１７、ウェル１１〜１３及び開口部１４に対応した凸部が形成される。
【００４２】
次に、当該レジストを除去し、そこに未硬化のポリジメチルシロキサン（以下「ＰＤＭＳ−１」という。）を塗布する。そして、当該ＰＤＭＳ−１を硬化（１３０℃、３０分）させ、ＰＤＭＳ−１を剥離することにより、ウェルやチャネルの形状を有するＰＤＭＳ−１硬化物が得られる。また、ＰＤＭＳ−１硬化物は、その後、使用しやすいように更に加工することも可能である。
【００４３】
次に、ガラスウェハ上に別の未硬化のポリジメチルシロキサン（以下「ＰＤＭＳ−２」という。）を塗布し、仮硬化（５０℃、１０分）させる。そして、その上に、上記ＰＤＭＳ−１硬化物を貼り合わせ、最後にＰＤＭＳ−２を硬化（１３０℃、３０分）させる。こうして、本実施形態に係るマイクロチャネルチップ１０が得られる。
【００４４】
［第２実施形態］
次に、本発明のマイクロチャネルチップの第２実施形態について図７を参照して説明する。図７は、本発明のマイクロチャネルチップの第２実施形態を示す平面図である。図７に示すように、本実施形態のマイクロチャネルチップ２０は、各ウェル１１〜１３の配置、各チャネル部１１ａ〜１３ａの配置及び形状が異なること以外は、第１実施形態のマイクロチャネルチップ１０と同様の構成を有する。
【００４５】
具体的には、第１チャネル部１１ａは、合流部１５と合流部１６との間で蛇行しており、開口部１４と合流部１６との間でも蛇行している点で第１実施形態の第１チャネル部１１ａと相違する。
【００４６】
また第２チャネル部１２ａ及び第３チャネル部１３ａは途中で折れ曲がっている点で第１実施形態と相違する。
【００４７】
［第３実施形態］
次に、本発明のマイクロチャネルチップの第３実施形態について図８を参照して説明する。図８は、本発明のマイクロチャネルチップの第３実施形態を示す概略図である。
【００４８】
図８に示すように、本実施形態のマイクロチャネルチップ３０は、ウェル３１と開口部１４とをプレート（図示せず）中に有しており、ウェル３１及び開口部１４はチャネル部３１ａによって接続されている。また、チャネル部３１ａ上には合流部３５，３６，３７がウェル３１側から順次設けられている。またマイクロチャネル１７は、合流部３５に接続されるチャネル部３２ａと、合流部３６に接続されるチャネル部３３ａ、合流部３７に接続されるチャネル部３４ａとを有している。言い換えると、チャネル部３２ａは、チャネル部３１ａの合流部３５に合流しており、チャネル部３３ａは、チャネル部３１ａの合流部３６に合流しており、チャネル部３４ａは、チャネル部３１ａの合流部３７に合流している。
【００４９】
ウェル３１，３２，３３及び３４には、それぞれ液体が収容されている。またプレート（図示せず）には、ウェル３１〜３４にそれぞれ通じる通気口（図示せず）が形成されている。このため、ウェル３１〜３４内の圧力は、大気圧となっている。また図示しないが、開口部１４は、例えばシリンジポンプにより減圧可能となっている。
【００５０】
そして、チャネル部３１ａの合流部３５の上流側には、パッシブバルブ３７ａが設けられており、チャネル部３２ａには、チャネル部３１ａの合流部１５の上流側にパッシブバルブ３７ｂが設けられている。合流部３５，３６間には、合流部３６側にパッシブバルブ３７ｃが設けられており、チャネル部３３ａには、合流部３６側からウェル３３側に向かって順次パッシブバルブ３７ｄ，３７ｅが設けられている。また、合流部３６，３７間には、合流部３７側にパッシブバルブ３７ｆが設けられており、チャネル部３４ａには、合流部３７側からウェル３４側に向かって順次パッシブバルブ３７ｇ，３７ｈ，３７ｉが設けられている。３７ａ〜３７ｉは、チャネル部を経て導入される液体の先頭を停止させるものであり、液体にかかる圧力を高めることで液体の先頭を通過させるものである。
【００５１】
ここで、ウェル３１から開口部１４までのチャネル部３１ａ上のパッシブバルブの合計数は３であり、ウェル３２から開口部１４までのチャネル部３２ａ及びチャネル部３１ａ上のパッシブバルブの合計数は３であり、ウェル３３から開口部１４までのチャネル部３３ａ及びチャネル部３１ａ上のパッシブバルブの合計数は３であり、ウェル３４から開口部１４までのチャネル部３４ａ及びチャネル部３１ａ上のパッシブバルブの合計数も３である。つまり、各ウェル３１〜３４から開口部１４までのパッシブバルブの合計数は同一となっている。
【００５２】
このマイクロチャネルチップ３０によれば、開口部１４の圧力をＰ１、各ウェル３１〜３４の圧力をＰ２、パッシブバルブの圧力障壁をＰ３としたとき、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
０＜（Ｐ２−Ｐ１）＜Ｐ３
を満たすような値とすると、ウェル３１内に収容された液体は、チャネル部３１ａに流入され、ウェル３１の直近のパッシブバルブ３７ａで停止する。このとき、ウェル３２内に収容された液体は、チャネル部３２ａに流入され、ウェル３２の直近のパッシブバルブ３７ｂで停止する。またウェル３３内に収容された液体は、チャネル部３３ａに流入され、ウェル３３の直近のパッシブバルブ３７ｅで停止する。さらにウェル３４内に収容された液体は、チャネル部３４ａに流入され、ウェル３４の直近のパッシブバルブ３７ｉで停止する。
【００５３】
この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ３７ａで停止していた液体は、パッシブバルブ３７ａを通過して合流部３５に到達する。一方、パッシブバルブ３７ｂで停止していた液体は、パッシブバルブ３７ｂを通過して合流部３５に到達する。この場合には、異なるウェル３１，３２内に収容された液体同士がタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ３７ｃで停止する。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。なお、このとき、パッシブバルブ３７ｅで停止していた液体は、パッシブバルブ３７ｅを通過してパッシブバルブ３７ｄで停止し、パッシブバルブ３７ｉで停止していた液体は、パッシブバルブ３７ｉを通過してパッシブバルブ３７ｈで停止する。
【００５４】
この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ３７ｃで停止している液体は、パッシブバルブ３７ｃを通過して合流部３６に到達する。一方、パッシブバルブ３７ｄで停止していた液体は、パッシブバルブ３７ｄを通過して合流部３６に到達する。この場合には、異なるウェル３１，３２内に収容された液体の混合物と、ウェル３３内に収容された液体とがタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ３７ｆで停止する。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。なお、このとき、パッシブバルブ３７ｈで停止していた液体は、パッシブバルブ３７ｈを通過してパッシブバルブ３７ｇで停止する。
【００５５】
この状態から更に瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ３７ｆで停止している液体は、パッシブバルブ３７ｆを通過して合流部３７に到達する。一方、パッシブバルブ３７ｇで停止していた液体は、パッシブバルブ３７ｇを通過して合流部３７に到達する。この場合には、ウェル３１〜３３内に収容された液体の混合物と、ウェル３４内に収容された液体とがタイミングよく混合される。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。このため、最終的に、すべてのウェル３１〜３４内に収容された液体の混合物が、開口部１４の直近の合流部３７を経て開口部１４に到達することになる。
【００５６】
このように本実施形態のマイクロチャネルチップ３０を用いると、マイクロチャネル１７がプレート内に形成されて気泡の噛込みが発生しやすい場合であっても、気泡の噛込みが十分に防止され、ウェル３１〜３４内に収容された液体の混合物を開口部１４において確実に得ることができる。従って、ウェル３１〜３４内に収容される液体が、互いに化学反応又は生物反応するものである場合には、化学反応や生物反応を確実に行うことができる。
【００５７】
なお、本実施形態に係るマイクロチャネル、ウェル、パッシブバルブ、及び開口部については、第１実施形態において説明したものを利用できる。
【００５８】
［第４実施形態］
次に、本発明のマイクロチャネルチップの第４実施形態について説明する。図９は、本発明のマイクロチャネルチップの第４実施形態を示す概略図である。
【００５９】
図９に示すように、本実施形態のマイクロチャネルチップ４０は、ウェル４１と開口部１４とをプレート（図示せず）中に有しており、ウェル４１及び開口部１４はチャネル部４１ａによって接続されている。また、チャネル部４１ａ上には合流部４５，４６がウェル４１側から順次設けられている。また、マイクロチャネル１７は、合流部４５に接続されるチャネル部４２ａと、合流部４６に接続されるチャネル部４３ａとを有している。さらに、チャネル部４３ａ上には合流部４７が設けられており、マイクロチャネル１７は、合流部４７に接続されるチャネル部４４ａも有している。言い換えると、チャネル部４２ａは、チャネル部４１ａの合流部４５に合流しており、チャネル部４３ａは、チャネル部４１ａの合流部４６に合流しており、チャネル部４４ａは、チャネル部４３ａの合流部４７に合流している。
【００６０】
ウェル４１〜４４には、それぞれ液体が収容されている。またプレート（図示せず）には、ウェル４１〜４４にそれぞれ通じる通気口（図示せず）が形成されている。このため、ウェル４１〜４４内の圧力は、大気圧となっている。また図示しないが、開口部１４は、例えばシリンジポンプにより減圧可能となっている。
【００６１】
そして、チャネル部４１ａの合流部４５の上流側には、パッシブバルブ４７ａが設けられており、チャネル部４２ａには、チャネル部４１ａの合流部４５の上流側にパッシブバルブ４７ｂが設けられている。合流部４５，４６間には、合流部４６側にパッシブバルブ４７ｃが設けられており、チャネル部４３ａには、合流部４６側からウェル４３側に向かって順次パッシブバルブ４７ｄ，４７ｅが設けられており、チャネル部４４ａには、合流部４７の上流側にパッシブバルブ４７ｆが設けられている。４７ａ〜４７ｆは、チャネル部を経て導入される液体の先頭を停止させるものであり、液体にかかる圧力を高めることで液体の先頭を通過させるものである。
【００６２】
ここで、ウェル４１から開口部１４までのチャネル部４１ａ上のパッシブバルブの合計数は２であり、ウェル４２から開口部１４までのチャネル部４２ａ及びチャネル部４１ａ上のパッシブバルブの合計数は２であり、ウェル４３から開口部１４までのチャネル部４３ａ及びチャネル部４１ａ上のパッシブバルブの合計数は２であり、ウェル４４から開口部１４までのチャネル部４４ａ及びチャネル部４２ａ及びチャネル部４１ａ上のパッシブバルブの合計数も２である。つまり、各ウェル４１〜４４から開口部１４までのパッシブバルブの合計数は同一となっている。
【００６３】
このマイクロチャネルチップ４０によれば、開口部１４の圧力をＰ１、各ウェル４１〜４４の圧力をＰ２、パッシブバルブの圧力障壁をＰ３としたとき、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
０＜（Ｐ２−Ｐ１）＜Ｐ３
を満たすような値とすると、ウェル４１内に収容された液体は、チャネル部４１ａに流入され、ウェル４１の直近のパッシブバルブ４７ａで停止する。このとき、ウェル４２内に収容された液体は、チャネル部４２ａに流入され、ウェル４２の直近のパッシブバルブ４７ｂで停止する。またウェル４３内に収容された液体は、チャネル部４３ａに流入され、ウェル４３の直近のパッシブバルブ４７ｅで停止する。さらにウェル４４内に収容された液体は、チャネル部４４ａに流入され、ウェル４４の直近のパッシブバルブ４７ｆで停止する。
【００６４】
この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ４７ａで停止していた液体は、パッシブバルブ４７ａを通過して合流部４５に到達する。一方、パッシブバルブ４７ｂで停止していた液体は、パッシブバルブ４７ｂを通過して合流部４５に到達する。この場合には、異なるウェル４１，４２内に収容された液体同士がタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ４７ｃで停止する。また、パッシブバルブ４７ｅで停止していた液体は、パッシブバルブ４７ｅを通過して合流部４７に到達する。一方、パッシブバルブ４７ｆで停止していた液体は、パッシブバルブ４７ｆを通過して合流部４７に到達する。この場合には、異なるウェル４３，４４内に収容された液体同士がタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ４７ｄで停止する。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。
【００６５】
この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ４７ｃで停止している液体は、パッシブバルブ４７ｃを通過して合流部４６に到達する。一方、パッシブバルブ４７ｄで停止していた液体は、パッシブバルブ４７ｄを通過して合流部４６に到達する。この場合には、異なるウェル４１，４２内に収容された液体の混合物と、ウェル４３，４４内に収容された液体の混合物とがタイミングよく混合される。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。このため、最終的に、すべてのウェル４１〜４４内に収容された液体の混合物が、開口部１４の直近の合流部４６を経て開口部１４に到達することになる。
【００６６】
このように本実施形態のマイクロチャネルチップ４０を用いると、マイクロチャネル１７がプレート内に形成されて気泡の噛込みが発生しやすい場合であっても、気泡の噛込みが十分に防止され、ウェル４１〜４４内に収容された液体の混合物を開口部１４において確実に得ることができる。従って、ウェル４１〜４４内に収容される液体が、互いに化学反応又は生物反応するものである場合には、化学反応や生物反応を確実に行うことができる。
【００６７】
なお、本実施形態に係るマイクロチャネル、ウェル、パッシブバルブ、及び開口部については、第１実施形態において説明したものを利用できる。
【００６８】
［第５実施形態］
次に、本発明のマイクロチャネルチップの第５実施形態について説明する。図１０は、本発明のマイクロチャネルチップの第５実施形態を示す概略図である。
【００６９】
図１０に示すように、本実施形態のマイクロチャネルチップ５０は、ウェル５１，６１と開口部１４とをプレート（図示せず）中に有しており、ウェル５１及び開口部１４はチャネル部５１ａによって接続されており、ウェル６１及び開口部１４はチャネル部６１ａによって接続されている。また、チャネル部５１ａ上には合流部５５，５６，５７がウェル５１側から順次設けられており、チャネル部６１ａ上には合流部６５，６６がウェル６１側から順次設けられている。またマイクロチャネル１７は、合流部５７に接続されるチャネル部５１ａとチャネル部６１ａとを有しており、さらに合流部５５に接続されるチャネル部５２ａと、合流部５６に接続されるチャネル部５３ａと、合流部６５に接続されるチャネル部６２ａと、合流部６６に接続されるチャネル部６３ａとを有している。言い換えると、チャネル部６１ａは、チャネル部５１ａの合流部５７に合流しており、チャネル部５２ａは、チャネル部５１ａの合流部５５に合流しており、チャネル部５３ａは、チャネル部５１ａの合流部５６に合流しており、チャネル部６２ａは、チャネル部６１ａの合流部６５に合流しており、チャネル部６３ａは、チャネル部６１ａの合流部６６に合流している。
【００７０】
ウェル５１，５２，５３，６１，６２及び６３には、それぞれ液体が収容されている。またプレート（図示せず）には、ウェル５１〜５３，６１〜６３にそれぞれ通じる通気口（図示せず）が形成されている。このため、ウェル５１〜５３，６１〜６３内の圧力は、大気圧となっている。また図示しないが、開口部１４は、例えばシリンジポンプにより減圧可能となっている。
【００７１】
そして、チャネル部５１ａの合流部５５の上流側には、パッシブバルブ５７ａが設けられており、チャネル部５２ａには、チャネル部５１ａの合流部５５の上流側にパッシブバルブ５７ｂが設けられている。合流部５５，５６間には、合流部５６側にパッシブバルブ５７ｃが設けられており、チャネル部５３ａには、合流部５６側からウェル５３側に向かって順次パッシブバルブ５７ｄ，５７ｅが設けられている。合流部５６，５７間には、合流部５７側にパッシブバルブ５７ｆが設けられている。また、チャネル部６１ａの合流部６５の上流側には、パッシブバルブ６７ａが設けられており、チャネル部６２ａには、チャネル部６１ａの合流部６５の上流側にパッシブバルブ６７ｂが設けられている。合流部６５，６６間には、合流部６６側にパッシブバルブ６７ｃが設けられており、チャネル部６３ａには、合流部６６側からウェル６３側に向かって順次パッシブバルブ６７ｄ，６７ｅが設けられている。合流部６６，６７間には、合流部６７側にパッシブバルブ６７ｆが設けられている。５７ａ〜５７ｆ，６７ａ〜６７ｆは、チャネル部を経て導入される液体の先頭を停止させるものであり、液体にかかる圧力を高めることで液体の先頭を通過させるものである。
【００７２】
ここで、ウェル５１から開口部１４までのチャネル部５１ａ上のパッシブバルブの合計数は３であり、ウェル５２から開口部１４までのチャネル部５２ａ及びチャネル部５１ａ上のパッシブバルブの合計数は３であり、ウェル５３から開口部１４までのチャネル部５３ａ及びチャネル部５１ａ上のパッシブバルブの合計数は３である。また、ウェル６１から開口部１４までのチャネル部６１ａ上のパッシブバルブの合計数は３であり、ウェル６２から開口部１４までのチャネル部６２ａ及びチャネル部６１ａ上のパッシブバルブの合計数は３であり、ウェル６３から開口部１４までのチャネル部６３ａ及びチャネル部６１ａ上のパッシブバルブの合計数は３である。つまり、各ウェル５１〜５３，６１〜６３から開口部１４までのパッシブバルブの合計数は同一となっている。
【００７３】
このマイクロチャネルチップ５０によれば、開口部１４の圧力をＰ１、各ウェル５１〜５３、６１〜６３の圧力をＰ２、パッシブバルブの圧力障壁をＰ３としたとき、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
０＜（Ｐ２−Ｐ１）＜Ｐ３
を満たすような値とすると、ウェル５１内に収容された液体は、チャネル部５１ａに流入され、ウェル５１の直近のパッシブバルブ５７ａで停止する。このとき、ウェル５２内に収容された液体は、チャネル部５２ａに流入され、ウェル５２の直近のパッシブバルブ５７ｂで停止する。ウェル５３内に収容された液体は、チャネル部５３ａに流入され、ウェル５３の直近のパッシブバルブ５７ｅで停止する。また、ウェル６１内に収容された液体は、チャネル部６１ａに流入され、ウェル６１の直近のパッシブバルブ６７ａで停止する。ウェル６２内に収容された液体は、チャネル部６２ａに流入され、ウェル６２の直近のパッシブバルブ６７ｂで停止する。ウェル６３内に収容された液体は、チャネル部６３ａに流入され、ウェル６３の直近のパッシブバルブ６７ｅで停止する。
【００７４】
この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ５７ａで停止していた液体は、パッシブバルブ５７ａを通過して合流部５５に到達する。一方、パッシブバルブ５７ｂで停止していた液体は、パッシブバルブ５７ｂを通過して合流部５５に到達する。この場合には、異なるウェル５１，５２内に収容された液体同士がタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ５７ｃで停止する。また、パッシブバルブ６７ａで停止していた液体は、パッシブバルブ６７ａを通過して合流部６５に到達する。一方、パッシブバルブ６７ｂで停止していた液体は、パッシブバルブ６７ｂを通過して合流部６５に到達する。この場合には、異なるウェル６１，６２内に収容された液体同士がタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ６７ｃで停止する。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。なお、このとき、パッシブバルブ５７ｅで停止していた液体は、パッシブバルブ５７ｅを通過してパッシブバルブ５７ｄで停止し、パッシブバルブ６７ｅで停止していた液体は、パッシブバルブ６７ｅを通過してパッシブバルブ６７ｄで停止する。
【００７５】
この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ５７ｃで停止している液体は、パッシブバルブ５７ｃを通過して合流部５６に到達する。一方、パッシブバルブ５７ｄで停止していた液体は、パッシブバルブ５７ｄを通過して合流部５６に到達する。この場合には、異なるウェル５１，５２内に収容された液体の混合物と、ウェル５３内に収容された液体とがタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ５７ｆで停止する。また、パッシブバルブ６７ｃで停止している液体は、パッシブバルブ６７ｃを通過して合流部６６に到達する。一方、パッシブバルブ６７ｄで停止していた液体は、パッシブバルブ６７ｄを通過して合流部６６に到達する。この場合には、異なるウェル６１，６２内に収容された液体の混合物と、ウェル６３内に収容された液体とがタイミングよく混合され、混合液は、パッシブバルブ６７ｆで停止する。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。
【００７６】
この状態から瞬間的にＰ１、Ｐ２及びＰ３が下記式：
Ｐ３＜（Ｐ２−Ｐ１）
を満たすような値とすると、パッシブバルブ５７ｆで停止している液体は、パッシブバルブ５７ｆを通過して合流部５７に到達する。一方、パッシブバルブ６７ｆで停止していた液体は、パッシブバルブ６７ｆを通過して合流部５７に到達する。この場合には、ウェル５１〜５３内に収容された液体の混合物と、ウェル６１〜６３内に収容された液体とがタイミングよく混合される。つまり、液体の混合時における気泡の噛込みを十分に防止することができる。このため、最終的に、すべてのウェル５１〜５３，６１〜６３内に収容された液体の混合物が、開口部１４の直近の合流部５７を経て開口部１４に到達することになる。
【００７７】
このように本実施形態のマイクロチャネルチップ５０を用いると、マイクロチャネル１７がプレート内に形成されて気泡の噛込みが発生しやすい場合であっても、気泡の噛込みが十分に防止され、ウェル５１〜５３，６１〜６３内に収容された液体の混合物を開口部１４において確実に得ることができる。従って、ウェル５１〜５３，６１〜６３内に収容される液体が、互いに化学反応又は生物反応するものである場合には、化学反応や生物反応を確実に行うことができる。
【００７８】
なお、本実施形態に係るマイクロチャネル、ウェル、パッシブバルブ、及び開口部については、第１実施形態において説明したものを利用できる。
【００７９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００８０】
例えば、図４に示すマイクロチャネルの断面形状は矩形であるが、特に限定されず、円形であってもよく、台形、楕円形等の形状であってもよい。
【００８１】
また、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すパッシブバルブは、マイクロチャネルの内壁部に断面が矩形状の凸部を有しているが、この凸部の断面形状は特に限定されず、三角状であってもよく、台形状であってもよい。
【００８２】
また、本発明において用いる液体は流動性があれば特に限定されず用いることができる。なお、常温において流動性がない液体であっても、加熱時に流動性があれば、本発明のマイクロチャネルチップを加熱することにより用いることができる。
【００８３】
また、本実施形態においては、液体がパッシブバルブを通過するために、開口部を各ウェルよりも減圧しているが、開口部を大気圧とし、各ウェルに設けられた通気口から加圧することによっても、液体がパッシブバルブを通過することができる。
【００８４】
上述した開口部１４若しくは上述した通気口は、上述したカバー部材に設けることも可能である。この場合、本実施形態に係るマイクロチャネルチップの基材をカバー部材で覆うだけで用いることが可能となる。
【００８５】
また、開口部を各ウェルよりも減圧する場合、当該開口部から減圧する圧力制御手段としては、特に限定されないが、例えば、ポンプを使うことができる。このポンプとしては、ダイアフラムポンプ、シリンジポンプ等を用いることができる。これらは、開口部に接続して用いられる。この中でもダイアフラムポンプを用いることが好ましい。ダイアフラムポンプを用いると、圧力制御を簡便に行うことができ、さらにコスト、サイズの面で有用である。
【００８６】
なお、上記圧力制御手段は開口部を減圧するのみならず、開口部を大気圧とし、各ウェルに設けられた通気口から加圧することも可能である。この場合、シリンジポンプを用いることが好ましい。また、マイクロチャネル中で混合を行う場合、気泡の噛み込みが生じることをより防止することができる。
【実施例】
【００８７】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８８】
図７に示すマイクロチャネルチップを用いて細菌の検出試験を行った。ウェル１１には、下記に示す検体溶液を、ウェル１２には溶菌溶液を、ウェル１３には発光溶液を収容し、合流部１６から開口部１４までの蛇行したチャネル部１１ａの上下面に、反射板と光検出装置を配置した。
【００８９】
（検体液）
１０６ｃｅｌｌｓ／ｍｌ（E.coli JM109、ＰＢＳ ｂｕｆｆｅｒ）
（溶菌溶液）
１０ｍｇ／ｍＬ（Lysozyme(fromChicken Egg White)：シグマ社製）、０．８ｗｔ％（TritonX-100：シグマ社製）、４ｗｔ％（Sucroce、１０ｍＭ ＥＤＴＡ、５０ｍＭ Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ８．０））
（発光溶液）
１ｍｇ／ｍｌ（ルシフェラーゼ：和光純薬社製）、２．５ｍＭ（Ｄ（−）−ルシフェリン：和光純薬社製）
【００９０】
上記各液体を各ウェル１１〜１３それぞれに接続されたチャネル部１１ａ、１２ａ及び１３ａに流通させ、検体溶液をパッシブバルブ１７ａに、溶菌溶液をパッシブバルブ１７ｂに、発光溶液をパッシブバルブ１７ｅに停止させた。
【００９１】
そして、開口部１４に接続したダイアフラムポンプで、減圧することにより、各液体が各パッシブバルブを通過し、検体溶液と溶菌溶液とを混合させた。この混合により細菌内ＡＴＰが抽出され、細菌内ＡＴＰを含む混合液はさらに蛇行したチャネル部１１ａを流通し、パッシブバルブ１７ｃに停止した。一方、パッシブバルブ１７ｅを通過した発光溶液は、チャネル部１３ａを流通し、パッシブバルブ１７ｄにて停止した。
【００９２】
そして再び、開口部１４に接続したダイアフラムポンプで、減圧することにより、各液体が各パッシブバルブを通過し、細菌内ＡＴＰを含む混合液と発光溶液とを混合させた。この混合により、発光溶液に含まれるルシフェラーゼが細菌内ＡＴＰと反応し、合流部１６から開口部１４までの蛇行したチャネル部１１ａを流通する過程において発光した。
【００９３】
この発光による発光量を上記反射板で増加させ、更に上記検出装置にて光を検出することができた。
【００９４】
以上より、通常、微量の発光量である細菌の生物発光反応において、的確に光を検出し、細菌を十分に検出することができたことから、本発明のマイクロチャネルチップによれば、検体液と、溶菌溶液と、発光溶液とが確実に混合していることがわかった。
【００９５】
したがって、本発明のマイクロチャネルチップは、複数のウェルに収容された液体同士を確実に混合させることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】図１は、本発明のマイクロチャネルチップの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図２は、マイクロチャネル１０における流路抵抗を説明するための平面図である。
【図３】図３は、チャネル部を示す図である。
【図４】図４は、プレートの厚さ方向に沿った第１実施形態で用いられるチャネルの部分断面図である。
【図５】図５は、プレートの厚さ方向に沿った第１実施形態で用いられるパッシブバルブの部分断面図である。
【図６】図６は、パッシブバルブのバルブ幅とパッシブバルブ圧力障壁との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明のマイクロチャネルチップの第２実施形態を示す平面図である。
【図８】図８は、本発明のマイクロチャネルチップの第３実施形態を示す概略図である。
【図９】図９は、本発明のマイクロチャネルチップの第４実施形態を示す概略図である。
【図１０】図１０は、本発明のマイクロチャネルチップの第５実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０，２０…マイクロチャネルチップ、１０ａ，２０ａ…プレート、１１〜１３，３１〜３４，４１〜４４，５１〜５３，６１〜６３…ウェル、１１ａ〜１３ａ，３１ａ〜３４ａ，４１ａ〜４４ａ，５１ａ〜５３ａ，６１ａ〜６３ａ，２１ａ，２１ｂ,２１ｃ…チャネル部、１４…開口部、１５，１６，３５〜３７，４５〜４７，５５〜５７，６５，６６…合流部、１７…マイクロチャネル、１７ａ〜１７ｅ，３７ａ〜３７ｉ，４７ａ〜４７ｆ，５７ａ〜５７ｆ，６７ａ〜６７ｆ…パッシブバルブ、２３ａ，２３ｂ，２４ａ〜２４ｃ,２５ａ,２６…基材、ｄ…チャネル幅。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレートを有し、
前記プレート内部には、液体を収容する複数のウェルと、開口部と、前記複数のウェル及び前記開口部を接続するマイクロチャネルとが形成され、
前記マイクロチャネルが少なくとも１つの合流部を有し、
前記合流部の上流側には前記液体を停止させるパッシブバルブが少なくとも１つ設けられており、かつ
前記開口部から各ウェルまでに設けられた前記パッシブバルブの合計数がそれぞれ同一となっている、マイクロチャネルチップ。
【請求項２】
前記ウェルの数が３つ以上である、請求項１記載のマイクロチャネルチップ。
【請求項３】
下記式：
Ｔｘ・Ｒｘ＝Ｔｙ・Ｒｙ
（上記式中、Ｔｘは、前記合流部から、該合流部の上流側で且つ直近に設けられた一の前記パッシブバルブまでの間の前記マイクロチャネルの体積を、Ｒｘは、前記合流部から、前記一のパッシブバルブの上流側にあるすべてのウェルまでの間のマイクロチャネルの流路抵抗を、Ｔｙは、前記合流部から該合流部の上流側で且つ直近に設けられた他の前記パッシブバルブまでの間の前記マイクロチャネルの体積を、Ｒｙは、前記合流部から、前記他のパッシブバルブの上流側にあるすべてのウェルまでの間のマイクロチャネルの流路抵抗を表す。）
を満たすことを特徴とする、請求項１又は２に記載のマイクロチャネルチップ。
【請求項１】
プレートを有し、
前記プレート内部には、液体を収容する複数のウェルと、開口部と、前記複数のウェル及び前記開口部を接続するマイクロチャネルとが形成され、
前記マイクロチャネルが少なくとも１つの合流部を有し、
前記合流部の上流側には前記液体を停止させるパッシブバルブが少なくとも１つ設けられており、かつ
前記開口部から各ウェルまでに設けられた前記パッシブバルブの合計数がそれぞれ同一となっている、マイクロチャネルチップ。
【請求項２】
前記ウェルの数が３つ以上である、請求項１記載のマイクロチャネルチップ。
【請求項３】
下記式：
Ｔｘ・Ｒｘ＝Ｔｙ・Ｒｙ
（上記式中、Ｔｘは、前記合流部から、該合流部の上流側で且つ直近に設けられた一の前記パッシブバルブまでの間の前記マイクロチャネルの体積を、Ｒｘは、前記合流部から、前記一のパッシブバルブの上流側にあるすべてのウェルまでの間のマイクロチャネルの流路抵抗を、Ｔｙは、前記合流部から該合流部の上流側で且つ直近に設けられた他の前記パッシブバルブまでの間の前記マイクロチャネルの体積を、Ｒｙは、前記合流部から、前記他のパッシブバルブの上流側にあるすべてのウェルまでの間のマイクロチャネルの流路抵抗を表す。）
を満たすことを特徴とする、請求項１又は２に記載のマイクロチャネルチップ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２４７５３３（Ｐ２００６−２４７５３３Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６７９９６（Ｐ２００５−６７９９６）
【出願日】平成１７年３月１０日（２００５．３．１０）
【出願人】（５０２２０５１４５）株式会社物産ナノテク研究所 (101)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１０日（２００５．３．１０）
【出願人】（５０２２０５１４５）株式会社物産ナノテク研究所 (101)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]